IR-verwarming versus hete lucht: snellere productie van koolstofnanobuizen
Als je werkt aan de productie van koolstofnanobuizen, weet je hoe het in zijn werk gaat. Alles hangt af van het precies correct regelen van de thermische controle, zodat de katalysator actief wordt en de nanobuizen kunnen groeien.
Jarenlang hebben de meesten van ons gebruik gemaakt van hete luchtcirculatie. Het is een ouderwetse methode. Maar tegenwoordig, vooral in de diepprocesindustrie voor halfgeleiders, wordt er steeds vaker gekozen voor infraroodverwarmers. Waarom? Omdat het wachten op het opwarmen van de lucht veel tijd kost.
Het probleem met hete lucht
Denk eens na over hoe convectie werkt. Eerst moet de lucht worden opgewarmd, daarna verwarmt deze lucht de wanden van de kamer. Pas dan bereikt de hitte het substraat. Het is net alsof je probeert een huis op te warmen door eerst de veranda op te warmen.
Dit zorgt voor een grote vertraging. De opwarmtijd wordt langer en het koelen duurt eeuwen.
IR-verwarming vermijdt deze tussenstap. Het maakt gebruik van elektromagnetische straling om energie rechtstreeks naar het substraat te sturen. Het is efficiënt en snel.
Snelheid en precisie
Met IR-verwarming bereik je de gewenste temperatuur al na enkele seconden. Dat is belangrijk. Het maakt het mogelijk om de thermische parameters nauwkeuriger te bepalen en zorgt voor een veel scherpere temperatuurverschillen.
De echte voordelen zijn de kortere opwarmtijd en de mogelijkheid om meer wafels per uur door het systeem te laten gaan.
Nadelen (want er zijn altijd nadelen)
Je kunt niet zomaar een nieuwe verwarmingsunit installeren en klaar zijn. IR-verwarming werkt alleen richtinggevoelig. Als het substraat zelfs maar iets uit het midden is, ontstaan er hete plekken. Deze plekken kunnen de katalysator beschadigen of leiden tot een ongelijke dichtheid van nanobuizen. Je moet dus veel tijd besteden aan het optimaliseren van de reflectoren, zodat de hitte gelijkmatig over het substraat wordt verdeeld.
Er is ook nog het probleem van de spanning op het substraat. Omdat IR-verwarming zo krachtig is, wordt er veel druk uitgeoefend op de hittebestendigheid van het substraat. Je kunt niet zomaar de vermogenssterkte op 100% zetten en hopen op het beste resultaat. Je hebt een PID-controller nodig die kan meekomen met de snelheid waarmee de IR-lampen reageren. Anders raak je de gewenste temperatuur misschien voorbij en wordt de productie verpest.
Het is waar dat IR-verwarming minder ruimte in beslag neemt dan oude luchtsystemen. Maar je moet wel veel meer tijd besteden aan kalibratie.